Адроны
Адро́ны (от греч. ἁδρός – большой, сильный), частицы, участвующие в сильных взаимодействиях. К адронам относятся мезоны и барионы (в т. ч. протон и нейтрон). Адроны следует отличать от атомных ядер, которые состоят из двух и большего числа нуклонов. Адроны не элементарны, они состоят из кварков. Наиболее хорошо изученные барионы состоят из трёх кварков, а мезоны – из кварка и антикварка, «склеенных» глюонами. Все известные адроны состоят из шести типов (или, как часто говорят, ароматов) кварков, обозначаемых буквами , , , , , . Нуклоны состоят из самых лёгких кварков: и (так, протон и нейтрон представляются в виде ). Барионы, содержащие более тяжёлые кварки (), называют гиперонами. Взаимодействие глюонов с кварками и глюонов с глюонами обусловлено наличием у кварков, антикварков и глюонов специфических зарядов, называемых цветными зарядами (или цветом). Теория, описывающая эти взаимодействия, называется квантовой хромодинамикой (КХД). Кварк каждого аромата существует в виде трёх цветовых разновидностей (красный, жёлтый, синий). Цвета антикварков дополнительны (оранжевый, зелёный, фиолетовый). Каждый из восьми глюонов несёт двойной цветовой заряд, например красно-оранжевый, жёлто-синий и т. д. Названия цветов условны, но приведённый выше выбор в соответствии с принятой в оптике терминологией удобен тем, что при этом адроны (не обладающие цветовыми зарядами) естественно называть бесцветными или белыми частицами. Цветные частицы – кварки, антикварки, глюоны – как бы заключены внутри белых адронов. Это явление называют удержанием цвета (конфайнментом). Последовательная теория конфайнмента в рамках КХД пока не построена. Следствием конфайнмента является то, что в столкновениях адронов высоких энергий друг с другом или с другими частицами – фотонами или лептонами – рождаются адроны, но не свободные кварки и глюоны.
На ускорителях частиц высоких энергий ведутся поиски т. н. экзотических адронов, структура которых более сложна, чем три кварка в случае барионов и кварк–антикварк в случае мезонов. Экзотические мезоны, состоящие только из глюонов, называются глюболами. Адроны, содержащие в дополнение к минимальному числу кварков ещё и глюон, называются гибридами. Т. к. электрический заряд глюонов равен нулю и они не обладают ароматом, глюболы должны быть электрически нейтральны, а гибриды должны иметь тот же аромат, что и соответствующий адрон, не содержащий дополнительного глюона. Вместо дополнительного глюона экзотический адрон может содержать пару кварк–антикварк (например, или , где чёрточка над символом кварка означает антикварк). В первом случае аромат экзотического адрона совпадает с ароматом основного, во втором отличается от него.
Исторически первыми изученными адронами были нуклоны (протон и нейтрон) и самые лёгкие из мезонов – пи-мезоны, открытые в 1947 г.
В 1950-х гг. открыты странные частицы. Их изучение и систематизация привели в 1964 г. к созданию кварковой модели адрона, а -кварк, входящий в состав странных частиц, получил название странного кварка. В 1974 г. открыт первый мезон, содержащий очарованные кварк и антикварк. Такие мезоны названы мезонами со скрытым очарованием (чармом). Вслед за этим открыты мезоны с явным очарованием, типа или . В 1976 г. открыты первые мезоны типа , а затем мезоны типа , , и др. В 1994 г. на протон-антипротонном коллайдере рождены пары самых тяжёлых кварков и . Масса -кварка около 175 ГэВ, его время жизни настолько мало (порядка 10–24 с), что он не успевает образовать соответствующие адроны ни с -кварком, ни с более лёгкими кварками, сопровождающими его рождение.